Impacto da substituição da prata nas propriedades estruturais, magnéticas, ópticas e antibacterianas da ferrita de cobalto

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 15730 (2023) Citar este artigo

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Nanopartículas de ferrita de cobalto dopadas com prata AgxCo1−xFe2O4 com concentrações (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) foram preparadas usando uma técnica hidrotérmica. O padrão de DRX confirma a formação da fase espinélio de CoFe2O4 e a presença de íons Ag na estrutura do espinélio. As nanopartículas AgxCo1-xFe2O4 da fase espinélio são confirmadas pela análise FTIR pelas bandas principais formadas em 874 e 651 cm-1, que representam os sítios tetraédricos e octaédricos. A análise das propriedades ópticas revela um aumento na energia do band gap com o aumento da concentração do dopante. Os valores de intervalo de banda de energia representados para nanopartículas preparadas com concentrações x = 0, 0,05, 0,1, 0,15 são 3,58 eV, 3,08 eV, 2,93 eV e 2,84 eV, respectivamente. A substituição do íon Co2+ pelo íon não magnético Ag2+ causa uma mudança na magnetização de saturação, sendo registrados valores de Ms de 48,36, 29,06, 40,69 e 45,85 emu/g. As nanopartículas CoFe2O4 e Ag2+ CoFe2O4 mostraram-se eficazes contra as espécies Acinetobacter Lwoffii e Moraxella, com alto valor de zona de inibição de x = 0,15 e 8 × 8 cm contra bactérias. Sugere-se que, pelos resultados acima, o material sintetizado seja adequado para dispositivos de armazenamento de memória e atividade antibacteriana.

Na era atual, a nanotecnologia modifica e desempenha um papel vital em quase todos os campos da vida humana devido aos seus efeitos elétricos, físico-químicos e mecânicos únicos e maravilhosos1,2,3. Supõe-se que os materiais de tamanho nanométrico sejam o estado discreto da matéria, devido aos seus atributos únicos e surpreendentes, como (1) grande relação entre área de superfície e volume e (2) efeitos quânticos4. Essas melhorias perfeitas nas propriedades os tornaram adequados para diversas aplicações biomédicas, como administração direcionada de medicamentos, ressonância magnética (ressonância magnética), marcação celular, terapia genética, tratamento de câncer e vários dispositivos médicos5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16. As nanopartículas magnéticas têm sido foco de interesse devido às suas propriedades hipnotizantes; eles podem ser potencialmente usados ​​em catálise junto com nanomateriais como catalisadores básicos, nanofluidos e filtros ópticos. Os ativos dessas nanopartículas geralmente dependem da técnica de fabricação e da composição química17. Ferritas são materiais cerâmicos de natureza dura e quebradiça18. As propriedades das ferritas de espinélio são baseadas em vários fatores, como método adotado para síntese do material, tempo e temperatura, razão estequiométrica, distribuições catiônicas entre sítios tetraédricos e octaédricos, tamanho de partícula e morfologia . Atualmente, as nanopartículas magnéticas de ferrita de cobalto têm grande interesse para os pesquisadores devido à sua alta coercividade, anisotropia magneto cristalina, estabilidade química, magnetização de saturação moderada e morfologia20,21,22. Para superar as limitações levantadas no uso desses MNPs, como baixa eficiência de aquecimento, biocompatibilidade, etc.; a usabilidade das nanopartículas de óxido de ferro é bastante maior porque pode ser metabolizada e transportada por proteínas facilmente e utilizadas com sucesso na área farmacêutica em escala nano. As ferritas cúbicas de espinélio (MFe2O4, onde M é um íon metálico divalente) são um tipo fundamental de materiais magnéticos que possuem alta magnetização de saturação e alta eficácia térmica . É sabido que tanto o cobalto quanto o ferro estão presentes no corpo humano, portanto a estabilidade do Co2+ no estado divalente e do Fe+3 no estado trivalente é maior, portanto, a chance de oxidação aérea é menor nesses materiais24. CoFe2O4 é preferencialmente dopado com metais de transição para intensificar o escopo do material em aplicações biomédicas, como hipertermia, ressonância magnética, separação magnética, entrega de medicamentos, biossensores, etc.25,26. Essas nanopartículas também são utilizadas como agentes antimicrobianos contra micróbios mórbidos e resistentes a medicamentos que constituem a área estimulante de pesquisa27. Diferentes metais de transição, como cobre, zinco, níquel, prata, etc., desempenham papéis vitais em diferentes campos da vida. Por exemplo, nanopartículas de ferrita de cobalto substituídas por zinco são usadas para fazer transdutores, transformadores e biossensores, bem como propriedades antibacterianas28, enquanto nanopartículas de ferrita de cobalto dopadas com níquel têm amplas aplicações em micro-ondas, meios de gravação de alta densidade e dispositivos eletrônicos29. A prata (Ag) é um metal de transição condutor e plasmônico, e sua estrutura elétrica permite o desenvolvimento de uma nuvem de elétrons. Esses elétrons deslocalizados oscilantes e que interagem com a luz podem produzir características ópticas e elétricas únicas . É o elemento metálico preferido entre aqueles utilizados para eletrônica, fotônica, sensoriamento biológico, revestimentos de superfície de células solares, catalisadores e pigmentos de coloração31. As nanopartículas de prata (Ag) foram escolhidas como o metal mais favorável entre todos devido à sua estabilidade química, acessibilidade e maior condutividade térmica e elétrica . No passado, o tratamento com antibióticos era considerado a única forma, para diversos fins bactericidas, de salvar inúmeras vidas. Entretanto, vários estudos apresentam evidências de que o uso excessivo de antibióticos pode causar cepas bacterianas multirresistentes33. Inúmeros fatores se tornaram a causa das 'superbactérias', como o uso de antibióticos em quantidade excessiva, baixa qualidade e prescrições erradas. Para superar esta situação fatal para a saúde global, várias nanopartículas foram estudadas quanto à atividade antibacteriana34,35. Nas civilizações antigas, a prata e suas suspensões coloidais são geralmente utilizadas para diminuir doenças infecciosas. Mecanismos antimicrobianos viáveis ​​têm sido envolvidos em ações de morte microbiana por nanopartículas de Ag, como danos ao DNA, ruptura da membrana celular da bactéria, liberação de íons de prata e transporte de elétrons36,37,38. Estas nanopartículas com baixa toxicidade e desempenho oligodinâmico superior são preferencialmente utilizadas como agentes antimicrobianos em bens de consumo comercializados, incluindo curativos para feridas para diabéticos, revestimentos bactericidas em instrumentos cirúrgicos, sabonetes germicidas, loções para a pele e cremes. As nanopartículas AgxCo1 − xFe2O4 em nanoescala são mais benéficas para a atividade antibacteriana e a propriedade magnética das nanopartículas de ferrita de cobalto ajuda o material a estabilizar sua dispersão magnética e as torna mais eficazes e menos tóxicas para a saúde humana39,40,41. Devido à acessibilidade e ao extenso controle de composição, o método hidrotérmico é uma das técnicas mais amplamente utilizadas. A nucleação e a taxa de crescimento morfológico dos cristais durante o processo hidrotérmico regulam o tamanho das partículas cristalizantes . Palak Mahajan et al.43 estudaram a atividade antibacteriana das nanopartículas AgxCo1−xFe2O4 e concluíram que elas são mais eficazes contra cepas de bactérias gram-positivas em comparação com cepas de bactérias gram-negativas. Okasha et al.44 analisaram as variações causadas pela dopagem com Ag no MgFe2O4 e descreveram sua condutividade térmica e elétrica. MK Satheeshkumar et al.45 examinaram as propriedades magnéticas, estruturais e bactericidas de nanopartículas AgxCo1-xFe2O4, revelando bons resultados de atividade antibacteriana contra algumas bactérias, como Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida ablicans.